时变体积分数条件下胶束多晶的成核与生长

我们研究了由热敏共聚物 Pluronic F108 胶束构成的胶体多晶的冻结动力学，其中添加了少量尺寸与胶束相当的二氧化硅纳米粒子。我们使用流变学和量热法测量了结晶温度 Tc，并发现 Tc 随用于使样品结晶的加热速率 \dot{T} 的增加而升高。为合理化我们的结果，我们首先利用粘度测量建立了温度 T 与被视为硬球的胶束的有效体积分数 {\phi} 之间的线性映射。接着，我们基于硬球晶体成核与生长的标准模型——经典成核理论和 Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov 理论——通过数值计算重现了实验上结晶温度对 \dot{T} 的依赖性。这些模型已被调整以考虑我们实验的特殊性：被排挤到晶界中的纳米粒子的存在，以及实验过程中 T 和 {\phi} 的持续增加。我们进一步表明，计算得到的多晶晶粒尺寸与光学显微镜数据吻合良好。最后，我们发现胶束多晶的成核速率对 {\phi} 的依赖性与先前在胶体硬球实验中发现的依赖性在定量上显著一致。这些结果表明，尽管粒子柔软度不同，硬球胶体晶体与 Pluronics 胶束晶体之间存在深刻的类比。更一般地，我们的结果证明结晶过程可以使用标准流变仪进行定量探测。